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2020-2021学年高中物理 第十三章 电磁感应与电磁波初 单元达标检测卷新人教版必修3

2020-2021学年高中物理 第十三章 电磁感应与电磁波初 单元达标检测卷新人教版必修3

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10

第十三章　单元达标检测卷
一、选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．
1．人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是(　　)
A．2.3×10－18 W　 B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－10 W　 D．1.2×10－18 W
【答案】A
【解析】因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝，式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，可解得P＝ W≈2.3×10－18 W．
2．关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是(　　)
A．磁感线可以形象地描述各点磁场的方向
B．磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为规定的
C．由B＝可知，某处磁感应强度大小与放入该处的通电导线Il乘积成反比
D．一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，则该处的磁感应强度一定为零
【答案】A
【解析】磁感线的切线方向为磁场的方向，则磁感线可以形象地描述各点磁场的方向，故A正确； 磁场是客观存在的物质，磁感线是为了解释磁极间的相互作用而人为假想的，故B错误；某处磁感应强度大小只由磁场本身决定，与放入该处的通电导线Il乘积无关，故C错误； 一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，可能是直导线的放置方向与磁场平行，该处的磁感应强度不一定为零，故D错误．
3．关于通电直导线周围磁场的磁感线分布，下列示意图中正确的是(　　)

【答案】A
【解析】伸开右手，大拇指方向为电流方向，则四指环绕方向为逆时针，故A正确，B、C、D错误．
4．如图所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积S1>S2＝S3，且“3”线圈在磁铁的正中间．设各线圈中的磁通量依次为Φ1、Φ2、Φ3则它们的大小关系是(　　)

A．Φ1>Φ2>Φ3 B．Φ1<Φ2<Φ3
C．Φ1>Φ2＝Φ3 D．Φ1<Φ2＝Φ3
【答案】B
【解析】在条形磁铁内外都有磁场，套在条形磁铁外的三个线圈的磁通量为内部向左的磁通量减去外部向右的磁通量，而内部向左的磁通量相同，外部向右的磁通量越大，抵消越多，总磁通量越少，1,2在同一位置，1的外部面积大，则向右的磁通量大，故Φ2>Φ1,2,3面积一样，3位置外部B非常小，则外部向右磁通量小，则Φ3>Φ2；可得Φ1<Φ2<Φ3，故B正确．
5．如图所示，在磁感应强度为B＝1 T的匀强磁场中，固定一根与磁场方向垂直的通电直导线OO′，在导线外，以导线截面的中心为圆心的圆周上有a、b、c、d四个点．已知c点的磁感应强度为 T，方向斜向右上方，并与磁感应强度B方向的夹角为45°，则下列说法正确的是(　　)

A．直导线中的电流方向垂直纸面向里
B．a点的磁感应强度与c点的相同
C．d点的磁感应强度为零
D．b点的磁感应强度为零
【答案】D
【解析】由题，c点的磁感应强度为 T，方向斜向右上方，并与B的夹角为45°，说明通电导线在c点产生的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度大小相等，也是1 T，方向向上，根据安培定则可知，直导线中的电流方向垂直纸面向外，故A错误．通电导线在a点产生的磁感应强度大小为1 T，由安培定则可知，通电导线在a处的磁感应强度方向竖直向下，根据平行四边形与匀强磁场进行合成得知，a点感应强度为 T，方向与水平方向成45°斜向右下方，与c点的磁感应强度的方向不同，故B错误．电流的方向向外，则电流在d点产生的磁场方向向右，大小为1 T，所以d点的磁感应强度大小为2 T，方向向右，故C错误．通电导线在b处的磁感应强度方向水平向左，则b点磁感应强度为0，故D正确．
6．如图所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直，如要在线圈中产生感应电流，可行的做法是(　　)

A．AB中电流I逐渐增大
B．AB中电流I先增大后减小
C．AB正对OO′，逐渐靠近线圈
D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)
【答案】D
【解析】由于通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直．AB中无论电流如何变化，或AB正对OO′靠近线圈或远离线圈，线圈中磁通量均为零，不能在线圈中产生感应电流，故A、B、C错误；线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)，穿过闭合线圈的磁通量变化，线圈中产生感应电流，故D正确．
7．在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是(　　)
A．将线圈与电流表组成一闭合回路，并放在磁铁旁边，观察电流表的变化
B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化
C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，向线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化
D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化
【答案】D
【解析】产生感应电流必须满足的条件：①电路闭合；②穿过闭合电路的磁通量要发生变化．A、B电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故A、B错误；C满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故C也不能观察到电流表的变化；D满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以D正确．
8．如图所示，通电直导线右边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面，若使线框从图中实线位置向左缓慢平移到虚线位置，此时直导线正好平分矩形线框．已知直线电流在周围产生的磁场随距离增大而减弱，则穿过线框的磁通量将(　　)

A．逐渐增大 B．逐渐减小
C．先减后增 D．先增后减
【答案】D
【解析】通电直导线产生稳定的磁场，离导线越远磁场越弱，磁感线越疏，则当线框靠近通电导线，线框的左侧边框没有通过导线所在位置时，穿过线框的磁感线的条数越来越多，磁通量将逐渐增大．当线框平移到虚线位置，此时直导线正好平分矩形线框，故磁通量逐渐减小，直至为零．故D正确，A、B、C错误．
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．
9．根据磁感应强度的定义式B＝，下列说法中不正确的是(　　)
A．在磁场中某确定位置，B与F成正比，与I、l的乘积成反比
B．一小段通电直导线在空间某处受磁场力F＝0，那么该处的B一定为零
C．磁场中某处B的方向跟电流在该处受磁场力F的方向相同
D．一小段通电直导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场力F也一定为零
【答案】ABC
【解析】磁感应强度的定义式B＝，是比值定义的，在磁场中某确定位置，B与F与I、l的乘积没有直接关系，仅是它们的比值，A错误．一小段通电直导线在空间某处受磁场力F＝0，如果电流平行于磁场放置则B不一定为零，B错误．磁场中某处的B的方向跟电流在该处受磁场力F的方向垂直，C错误．一小段通电直导线放在B为零的位置，那么它受到磁场力F也一定为零，D正确．本题选不正确的，选ABC．
10．一束粒子沿水平方向平行飞过小磁针上方，如图所示，此时小磁针S极向纸内偏转，这一束粒子可能是(　　)

A．向右飞行的正离子束 B．向左飞行的正离子束
C．向右飞行的负离子束 D．向左飞行的负离子束
【答案】BC
【解析】向左飞行的正离子束形成的电流方向向左，根据安培定则可知，离子在下方产生的磁场方向向外，则N极转向外，S极转向里，B正确；同理，可知D错误；向右飞行的负离子束形成的电流方向向左，根据安培定则可知，离子在下方产生的磁场方向向外，则N极转向外，S极转向里，符合题意，故C正确，同理可知A错误．
11．测温是防控新冠肺炎的重要环节．额温枪是通过传感器接收人体辐射的红外线，给人体测温的．下列说法正确的是(　　)
A．红外线是波长比紫外线长的电磁波
B．红外线可以用来杀菌消毒
C．体温越高，人体辐射的红外线越强
D．红外线在真空中的传播速度比紫外线的大
【答案】AC
【解析】红外线和紫外线都属于电磁波，且红外线的波长比紫外线的长，故A正确；紫外线可用于杀菌消毒，红外线具有热效应，故B错误；额温枪能测温度是因为温度不同的人体辐射的红外线强弱不同，体温越高，人体辐射的红外线越强，故C正确；任何频率的电磁波在真空中的传播速度都相同，等于光速，故D错误．
12．如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通．当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放．试分析下列说法中正确的是(　　)

A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长
D．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用
【答案】BC
【解析】当S1、S2均闭台时，电磁铁F将衔铁D吸下， C电路接通；当S1断开时，由于线圈B中的磁通量变化，从而出现感应电流，致使F中仍有磁性，出现延迟一段时间才被释放．若线圈S2断开时，当S1断开，线圈B中不会有感应电流，则不会出现延迟现象，故选BC．
三、非选择题：本题共6小题，共60分．
13．(4分)1831年，物理学家法拉第用如图所示的实验，成功发现了磁生电现象，开关始终处于闭合状态时，a线圈中　　　　(填“有”或“无”)感应电流产生，开关闭合或断开瞬间，a线圈中　　　(填“有”或“无”)感应电流产生．

【答案】无　有
【解析】开关始终闭合时，因穿过a线圈的磁通量不变，所以无感应电流产生．开关闭合瞬间穿过a线圈的磁通量突然增大，所以有感应电流产生．开关断开瞬间，穿过a线圈的磁通量突然减小，所以有感应电流产生．
14．(8分)下图是某兴趣小组研究磁生电现象所需的器材．

请你协助该小组完成如下工作．用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路，并列举出在实验中改变副线圈B的回路中磁通量，使副线圈B的回路产生感应电流的三种方式：
①　　　　　　　　　　　　　　　　；
②　　　　　　　　　　　　　　　　；
③　　　　　　　　　　　　　　　　．
【答案】见解析
【解析】实物连接如图所示．①原线圈A插入副线圈B后，合上(或断开)开关瞬间；②合上开关后，将原线圈A插入副线圈B或从副线圈B中抽出；③合上开关，将原线圈A插入副线圈B后，移动滑动变阻器的滑片．

15．(10分)一磁感应强度为B的匀强磁场，方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角，将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量是多少？

【答案】2BScos θ
【解析】开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1＝BScos θ
后来穿过线圈平面的磁通量为Φ2＝－BScos θ
则磁通量的变化量为ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BScos θ．
16．(12分)磁场中放一与磁场方向垂直的电流元，通入的电流是2.5 A，导线长10 cm，它受到的磁场力为5×10－2 N．问：
(1)这个位置的磁感应强度是多大？
(2)如果把通电导线中的电流增大到5 A时，这一点的磁感应强度是多大？
(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否可以肯定这里没有磁场？
【答案】(1)0.2 T　(2)0.2 T　(3)不可以
【解析】(1)由磁感应强度的定义式得
B＝＝＝0.2 T．
(2)磁感应强度B是由磁场和空间位置(点)决定的，和导线的长度l、电流I的大小无关，所以该点的磁感应强度还是0.2 T．
(3)不可以．如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，则有两种可能：①该处没有磁场；②该处有磁场，但通电导线与磁场方向平行．
17．(13分)已知某地地面处的地磁场水平分量约为3×10－5 T，某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验．他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管附近的轴线上，如图所示．小磁针静止时N极指向y轴正方向，当接通电源后，发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角的方向．请在图上标明螺线管导线的绕向和电流的方向，并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小．(保留1位有效数字)

【答案】见解析图　5×10－5 T
【解析】接通电源后，小磁针N极指向是地磁场和螺线管磁场的合磁场的方向，由此可判定螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右，由安培定则判断螺线管导线绕向如图甲所示．

甲　　　　　　　　　乙
由题意知地磁场水平分量By＝3×10－5T，设通电螺线管产生的磁场为Bx．由图乙知＝tan 60°
得Bx＝3×10－5× T≈5×10－5 T．
18．(13分)某雷达站正在跟踪一架飞机，此时飞机正朝着雷达站方向匀速飞来．某一时刻雷达发射出一个雷达脉冲波，经过2×10－4 s后收到反射波；再隔0.8 s后再发出一个脉冲波，经过1.98×10－4 s收到反射波，问：(已知光速c＝3.0×108 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
(1)若雷达波的频率为1.5×1010 Hz，此波的波长为多少？这种频率的光子的能量为多少？
(2)飞机的飞行速度为多少？
【答案】(1)0.02 m　9.9×10－24 J　(2)375 m/s
【解析】(1)雷达波是电磁波，速度为c＝3.0×108 m/s
根据波长、波速、频率的关系可得λ＝＝ m＝0.02 m
这种光子的能量为ε＝hν＝6.63×10－34 J·s×1.5×1010 Hz≈9.9×10－24 J．
(2)飞机接收到第一个无线电脉冲时距雷达的距离为x1＝c
飞机接收到第二个无线电脉冲时距雷达的距离为x2＝c
则在Δt＝0.8 s时间内飞机的位移为
Δx＝x1－x2＝c＝3.0×108× m＝300 m
故飞机的飞行速度为v＝＝ m/s＝375 m/s．